후프 응력 계산기

후프응력은 내압 또는 외압을 받는 압력 용기, 배관 및 유사한 원통형 또는 구형 구조물의 설계 및 해석에 있어 중요한 요소이다. 이러한 응력 측정은 시스템의 구조적 무결성과 안전성을 확보하는 데 중요하다.

배경

후프응력 개념은 압력하에 있는 파이프, 보일러, 탱크와 같은 원통형 구조물 벽에 작용하는 응력을 이해하고 정량화해야 할 필요성에서 비롯된다. 이는 원통형 형상과 용기가 가압될 때 힘의 분포의 직접적인 결과이다.

계산 공식

압력 용기의 후프응력(HS)은 다음 공식을 사용하여 계산한다.

\[ HS = \frac{P \times r}{t} \]

여기서:

• HS는 파스칼(Pa) 단위의 후프응력이다.
• P는 용기에 가해지는 압력(파스칼, Pa)이다.
• r은 용기의 평균 반지름(미터, m)이다.
• t는 용기의 벽 두께(미터, m)이다.

계산 예시

내압 500,000 Pa(5 bar), 평균 직경 1미터, 벽 두께 0.01미터인 압력 용기의 경우:

1. 평균 반지름(r) 계산: 0.5 m.
2. 후프응력 공식 적용: HS = 500,000 × 0.5 / 0.01 = 25,000,000 Pa 또는 25 MPa.

중요성 및 적용 사례

후프응력 계산은 구조적 파손을 방지하기 위해 압력 용기의 엔지니어링 및 설계에 매우 중요하다. 석유 및 가스, 화학 공정, 발전 등 다양한 산업 분야에서 압력 하의 가스 또는 액체의 저장 및 운송 시스템의 안전성과 신뢰성을 보장하는 데 적용된다.

자주 묻는 질문

1. 후프응력은 무엇을 나타내는가?

   • 후프응력은 내압 또는 외압을 받는 원통의 둘레 방향의 장력 또는 응력을 측정하며, 응력이 재료의 강도를 초과할 경우 구조적 파손의 위험을 나타낸다.

2. 후프응력은 축응력과 어떻게 다른가?

   • 후프응력은 원통 벽에 원주 방향으로 작용하는 반면, 축응력은 원통의 길이 방향으로 작용한다. 두 종류의 응력 모두 압력 용기에 발생하지만 구조물에 미치는 영향이 다르다.

3. 후프응력이 재료의 항복강도를 초과할 수 있는가?

   • 영구 변형이나 파손을 방지하기 위해 계산된 후프응력이 재료의 항복강도를 초과하지 않도록 압력 용기를 설계하는 것이 중요하다.

후프응력을 이해하고 정확하게 계산하는 것은 압력 용기 및 배관 시스템의 안전한 설계 및 운전에 필수적이다.